JP6450464B2 - 重合性液晶化合物、重合性組成物、およびフィルム - Google Patents
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Description
すなわち、本発明は以下の<1>〜<14>を提供するものである。
Aは、置換基を有していてもよい含窒素飽和環基、置換基を有していてもよいフェニレン基または置換基を有していてもよいトランス−1,4−シクロヘキシレン基を示し、
上記含窒素飽和環基はピペリジンまたはピペラジンから2つの水素原子を除いて構成される2価の基であって、
Lは単結合、−CH2O−、−OCH2−、−(CH2)2OC(=O)−、−C(=O)O(CH2)2−、−C(=O)O−、−OC(=O)−、−OC(=O)O−、−CH=CH−C(=O)O−、および−OC(=O)−CH=CH−からなる群から選択される連結基を示し、
mは3〜12の整数を示し、
Sp1およびSp2はそれぞれ独立に、単結合、炭素数1から20の直鎖もしくは分岐のアルキレン基、および炭素数1から20の直鎖もしくは分岐のアルキレン基において1つまたは2つ以上の−CH2−が−O−、−S−、−NH−、−N(CH3)−、−C(=O)−、−OC(=O)−、または−C(=O)O−で置換された基からなる群から選択される連結基を示し、
Q1およびQ2はそれぞれ独立に、水素原子または以下の式Q−1〜式Q−5で表される基からなる群から選択される重合性基を示し、ただしQ1およびQ2のいずれか一方は重合性基を示し;
<2>−C(=O)−X3−Sp3−Q3で表される基で置換されているフェニレン基または−C(=O)−X3−Sp3−Q3で表される基で置換されているトランス−1,4−シクロヘキシレン基をAとして少なくとも1つ含み、ここで、X3は単結合、−O−、−S−、もしくは−N(Sp4−Q4)−を示すか、または、Q3およびSp3と共に環構造を形成している窒素原子を示し、Sp3、Sp4はそれぞれ独立に、単結合、炭素数1から20の直鎖もしくは分岐のアルキレン基、および炭素数1から20の直鎖もしくは分岐のアルキレン基において1つまたは2つ以上の−CH2−が−O−、−S−、−NH−、−N(CH3)−、−C(=O)−、−OC(=O)−、または−C(=O)O−で置換された基からなる群から選択される連結基を示し、Q3およびQ4はそれぞれ独立に、水素原子、シクロアルキル基、シクロアルキル基において1つもしくは2つ以上の−CH2−が−O−、−S−、−NH−、−N(CH3)−、−C(=O)−、−OC(=O)−、もしくは−C(=O)O−で置換された基、または式Q−1〜式Q−5で表される基からなる群から選択されるいずれかの重合性基を示す<1>に記載の重合性液晶化合物。
<3>R1が−C(=O)−X3−Sp3−Q3で表される基である<2>に記載の重合性液晶化合物。
<4>X3が−O−であり、Sp3が炭素数1から20の直鎖もしくは分岐のアルキレン基であり、Q3が水素原子である<2>または<3>に記載の重合性液晶化合物。
<5>式(I)が式(V−1)で表される部分構造を含む<1>〜<4>のいずれかに記載の重合性液晶化合物;
<6>R10が炭素数1〜5のアルキル基である<1>〜<5>のいずれかに記載の重合性液晶化合物。
<7>式(I)において、上記フェニレン基および上記トランス−1,4−シクロヘキシレン基が有していてもよい置換基が、アルキル基、アルコキシ基、および−C(=O)−X3−Sp3−Q3で表される基からなる群から選択され、ここで、X3が単結合、−O−、−S−、もしくは−N(Sp4−Q4)−を示すか、または、Q3およびSp3と共に環構造を形成している窒素原子を示し、Sp3およびSp4はそれぞれ独立に、単結合、炭素数1から20の直鎖もしくは分岐のアルキレン基、および炭素数1から20の直鎖もしくは分岐のアルキレン基において1つまたは2つ以上の−CH2−が−O−、−S−、−NH−、−N(CH3)−、−C(=O)−、−OC(=O)−、または−C(=O)O−で置換された基からなる群から選択される連結基を示し、Q3およびQ4はそれぞれ独立に、水素原子、シクロアルキル基、シクロアルキル基において1つもしくは2つ以上の−CH2−が−O−、−S−、−NH−、−N(CH3)−、−C(=O)−、−OC(=O)−、もしくは−C(=O)O−で置換された基、および式Q−1〜式Q−5で表される基からなる群から選択されるいずれかの重合性基を示す<1>〜<6>のいずれかに記載の重合性液晶化合物。
<8>全てのLが、それぞれ−C(=O)O−および−OC(=O)−からなる群から選択される連結基を示す<1>〜<7>のいずれかに記載の重合性液晶化合物。
<10>上記重合性液晶化合物が、重合性液晶化合物の総質量に対して、10質量%以上含まれている<9>に記載の重合性組成物。
<11>架橋剤を含有する<9>または<10>に記載の重合性組成物。
<12>重合開始剤を含有する<9>〜<11>のいずれかに記載の重合性組成物。
<13>キラル化合物を含有する<9>〜<12>のいずれかに記載の重合性組成物。
<14><9>〜<13>のいずれかに記載の重合性組成物を硬化した層を含むフィルム。
本明細書において、「(メタ)アクリレート」との記載は、「アクリレートおよびメタクリレートのいずれか一方または双方」の意味を表す。「(メタ)アクリル基」等も同様であり、「(メタ)アクリロイル基」は、「アクリロイル基およびメタクリロイル基のいずれか一方または双方」の意味を表す。
本明細書において、「液晶層」というときは、重合性液晶化合物を含む重合性組成物を用いて形成された層を意味し、特に、重合性液晶化合物を含む重合性組成物を硬化した層を意味する。液晶層においては、液晶相の光学的性質が層中において保持されていれば十分であり、最終的に硬化膜中の組成物は液晶性を示す必要はない。例えば、組成物が、硬化反応により高分子量化して、液晶性を失っていてもよい。
mは3〜12の整数を示し、3〜9の整数であることが好ましく、3〜5の整数であることがさらに好ましい。
m個のAは互いに同一でも異なっていてもよい。Aで表される環状の2価の基は、置換基を有していてもよい含窒素飽和環基、置換基を有していてもよいフェニレン基または置換基を有していてもよいトランス−1,4−シクロヘキシレン基である。フェニレン基は、1,4−フェニレン基であることが好ましい。
本明細書において「含窒素飽和環基」はピペリジンまたはピペラジンから2つの水素原子(水素ラジカル)を除いて構成される2価の基である。2つの水素原子を除く位置は特に限定されないが同じ炭素原子または隣接する原子に結合している水素原子ではないことが好ましく、1位の水素原子および4位の水素原子であることがより好ましい。
a)フェニレン基、フェニレン基、含窒素飽和環基、フェニレン基、フェニレン基;または、
b)トランス−1,4−シクロヘキシレン基、フェニレン基、含窒素飽和環基、フェニレン基、トランス−1,4−シクロヘキシレン基
がこの順に配列した構造を有していることも好ましい。なお、a)またはb)において、各環状の2価の基は置換基を有していてもよい。a)〜c)において、末端の環状の2価の基が無置換であることも好ましい。
Q3およびQ4はそれぞれ独立に、水素原子、シクロアルキル基、シクロアルキル基において1つもしくは2つ以上の−CH2−が−O−、−S−、−NH−、−N(CH3)−、−C(=O)−、−OC(=O)−、もしくは−C(=O)O−で置換された基、または式Q−1〜式Q−5で表される基からなる群から選択されるいずれかの重合性基を示す。
R1は、アルキル基、およびアルコキシ基、−C(=O)−X3−Sp3−Q3からなる群から選択される置換基が好ましく、−C(=O)−X3−Sp3−Q3が特に好ましい。r1は0〜2が好ましく、1が特に好ましい。R10は炭素数1〜5のアルキル基であることが好ましく、炭素数1〜3のアルキル基であることがより好ましく、メチル基またはエチル基であることが特に好ましい。r10は0〜2が好ましく、0または1がより好ましい。
式(I)はさらに式(V−1)で表される部分構造を少なくとも含むことが好ましい。式(V−1)は式中に式(V)を含む。
R2は、アルキル基、およびアルコキシ基、−C(=O)−X3−Sp3−Q3からなる群から選択される置換基が好ましく、−C(=O)−X3−Sp3−Q3が特に好ましい。r2は0〜2が好ましく、1が特に好ましい。
R1およびR2が同じであって、かつr1およびr2が同じであることも好ましい。
さらに、式(I)で示される重合性液晶化合物は置換基や連結基の種類によらず、可視光領域での吸収が極めて小さいことから無色透明であり、液晶相範囲が広い、溶剤に溶解しやすい、重合しやすいなどといった複数の特性を満足する。これらに由来して、式(I)で示される重合性液晶化合物を含む重合性組成物を用いて作製される硬化膜は、十分な硬度を示し、無色透明であり、耐候性・耐熱性が良好である等、複数の特性を満足し得る。特に、式(I)で示される重合性液晶化合物を含む重合性組成物を用いて作製される硬化膜は高温高湿度下においても耐久性が高い。従って、上記重合性組成物を利用して形成された硬化膜は、様々な環境下で、光学素子の構成要素である位相差板、偏光素子、選択反射膜、カラーフィルタ、反射防止膜、視野角補償膜、ホログラフィー、配向膜等、種々の用途に利用することができる。
式(I)で示される重合性液晶化合物を含む本発明の重合性組成物は、式(I)で示される重合性液晶化合物を1種含んでいても2種以上含んでいてもよい。
式(I)で示される重合性液晶化合物を含む重合性組成物中の式(I)で示される重合性液晶化合物の総量は、特に限定されないが、重合性組成物の固形分質量に対して、10質量%以上であればよく、好ましくは30質量%以上、より好ましくは50質量%以上、さらに好ましくは70質量%以上であればよい。上限は100質量%であってもよく、99質量%以下、95質量%以下、90質量%などであってもよい。
式(I)で示される重合性液晶化合物を含む重合性組成物は、式(I)で示される重合性液晶化合物のほか、他の液晶化合物、キラル化合物、重合開始剤、配向制御剤などの他の成分を含んでいてもよい。以下各成分について説明する。
重合性組成物は、式(I)で示される重合性液晶化合物とともに、他の1種以上の液晶化合物を含有していてもよい。式(I)で示される重合性液晶化合物は、他の液晶化合物との相溶性が高いので、他の液晶化合物を混合しても、不透明化等が生じず、透明性の高い膜を形成可能である。他の液晶化合物を併用可能であることから、種々の用途に適する種々の組成の組成物を提供できる。併用可能な他の液晶化合物の例には、棒状ネマチック液晶化合物が挙げられる。棒状ネマチック液晶化合物の例には、アゾメチン類、アゾキシ類、シアノビフェニル類、シアノフェニルエステル類、安息香酸エステル類、シクロヘキサンカルボン酸フェニルエステル類、シアノフェニルシクロヘキサン類、シアノ置換フェニルピリミジン類、アルコキシ置換フェニルピリミジン類、フェニルジオキサン類、トラン類およびアルケニルシクロヘキシルベンゾニトリル類が挙げられる。低分子液晶化合物だけではなく、高分子液晶化合物も用いることができる。
重合性棒状液晶化合物は、重合性基を棒状液晶化合物に導入することで得られる。重合性基の例には、不飽和重合性基、エポキシ基、およびアジリジニル基が含まれ、不飽和重合性基が好ましく、エチレン性不飽和重合性基が特に好ましい。重合性基は種々の方法で、棒状液晶化合物の分子中に導入できる。重合性棒状液晶化合物が有する重合性基の個数は、好ましくは1〜6個、より好ましくは1〜3個である。重合性棒状液晶化合物の例は、Makromol.Chem.,190巻、2255頁(1989年)、Advanced Materials 5巻、107頁(1993年)、米国特許第4683327号明細書、同5622648号明細書、同5770107号明細書、国際公開WO95/22586号公報、同95/24455号公報、同97/00600号公報、同98/23580号公報、同98/52905号公報、特開平1−272551号公報、同6−16616号公報、同7−110469号公報、同11−80081号公報、および特開2001−328973号公報などに記載の化合物が含まれる。2種類以上の重合性棒状液晶化合物を併用してもよい。2種類以上の重合性棒状液晶化合物を併用すると、配向温度を低下させることができる。
重合性組成物はキラル化合物を含んでいてもよい。キラル化合物を利用することにより、コレステリック液晶相を示す組成物として調製することができる。キラル化合物は液晶性であっても、非液晶性であってもよい。キラル化合物は、公知の種々のキラル剤(例えば、液晶デバイスハンドブック、第3章4−3項、TN、STN用カイラル剤、199頁、日本学術振興会第142委員会編、1989に記載のキラル剤、イソソルビド誘導体、イソマンニド誘導体、およびビナフチル誘導体など)から選択することができる。キラル化合物は、一般に不斉炭素原子を含むが、不斉炭素原子を含まない軸性不斉化合物あるいは面性不斉化合物も用いることができる。軸性不斉化合物または面性不斉化合物の例には、ビナフチル、ヘリセン、パラシクロファンおよびこれらの誘導体が含まれる。キラル化合物(キラル剤)は、重合性基を有していてもよい。キラル化合物が重合性基を有するとともに、併用する棒状液晶化合物も重合性基を有する場合は、重合性キラル化合物と重合性棒状液晶化合物との重合反応により、棒状液晶化合物から誘導される繰り返し単位と、キラル化合物から誘導される繰り返し単位とを有するポリマーを形成することができる。したがって、重合性キラル化合物が有する重合性基は、重合性棒状液晶化合物、特に式(I)で示される重合性液晶化合物が有する重合性基と、同種の基であることが好ましい。従って、キラル化合物の重合性基も、不飽和重合性基、エポキシ基、オキセタニル基、またはアジリジニル基であることが好ましく、式Q−1〜式Q−5で表される基からなる群から選択される重合性基であることがより好ましく、アクリロイル基(式Q−1)またはメタクリロイル基(式Q−2)であることがさらに好ましい。
重合性組成物は、重合開始剤を含有していることが好ましい。例えば、紫外線照射により硬化反応を進行させて硬化膜を形成する態様では、使用する重合開始剤は、紫外線照射によって重合反応を開始可能な光重合開始剤であることが好ましい。光重合開始剤の例には、α−カルボニル化合物(米国特許第2367661号、同2367670号の各明細書記載)、アシロインエーテル(米国特許第2448828号明細書記載)、α−炭化水素置換芳香族アシロイン化合物(米国特許第2722512号明細書記載)、多核キノン化合物(米国特許第3046127号、同2951758号の各明細書記載)、トリアリールイミダゾールダイマーとp−アミノフェニルケトンとの組み合わせ(米国特許第3549367号明細書記載)、アクリジンおよびフェナジン化合物(特開昭60−105667号公報、米国特許第4239850号明細書記載)、アシルフォスフィンオキシド化合物(特公昭63−40799号公報、特公平5−29234号公報、特開平10−95788号公報、特開平10−29997号公報、特開2001−233842号公報、特開2000−80068号公報、特開2006−342166号公報、特開2013−114249号公報、特開2014−137466号公報、特許4223071号公報、特開2010−262028号公報、特表2014−500852号公報記載)、オキシム化合物(特開2000−66385号公報、日本特許第4454067号明細書記載)、およびオキサジアゾール化合物(米国特許第4212970号明細書記載)等が挙げられる。例えば、特開2012−208494号公報の段落0500〜0547の記載も参酌できる。
アシルフォスフィンオキシド化合物としては、例えば、市販品のBASFジャパン(株)製のIRGACURE819(化合物名:ビス(2,4,6−トリメチルベンゾイル)−フェニルフォスフィンオキサイド)を用いることができる。オキシム化合物としては、IRGACURE OXE01(BASF社製)、IRGACURE OXE02(BASF社製)、TR−PBG−304(常州強力電子新材料有限公司製)、アデカアークルズNCI−831、アデカアークルズNCI−930(ADEKA社製)、アデカアークルズNCI−831(ADEKA社製)等の市販品を用いることができる。
重合開始剤は、1種のみ用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
光重合開始剤は、重合性組成物に、重合性組成物の固形分質量に対して、0.1〜20質量%含まれていることが好ましく、1〜8質量%含まれていることがさらに好ましい。
重合性組成物中に、安定的または迅速な液晶相(例えば、コレステリック液晶相)の形成に寄与する配向制御剤を添加してもよい。配向制御剤の例には、含フッ素(メタ)アクリレート系ポリマー、WO2011/162291に記載の一般式(X1)〜(X3)で表される化合物、および特開2013−47204の段落[0020]〜[0031]に記載の化合物が含まれる。これらから選択される2種以上を含有していてもよい。これらの化合物は、層の空気界面において、液晶化合物の分子のチルト角を低減若しくは実質的に水平配向させることができる。尚、本明細書で「水平配向」とは、液晶分子長軸と膜面が平行であることをいうが、厳密に平行であることを要求するものではなく、本明細書では、水平面とのなす傾斜角が20度未満の配向を意味するものとする。液晶化合物が空気界面付近で水平配向する場合、配向欠陥が生じ難いため、可視光領域での透明性が高くなる。一方、液晶化合物の分子が大きなチルト角で配向すると、例えば、コレステリック液晶相とする場合は、その螺旋軸が膜面法線からずれるため、反射率が低下したり、フィンガープリントパターンが発生し、ヘイズの増大や回折性を示したりするため好ましくない。
配向制御剤として利用可能な含フッ素(メタ)アクリレート系ポリマーの例は、特開2007−272185号公報の[0018]〜[0043]等に記載がある。
重合性組成物中における、配向制御剤の含有量は、式(I)の化合物の質量の0.01〜10質量%が好ましく、0.01〜5質量%がより好ましく、0.02〜1質量%が特に好ましい。
重合性組成物は、硬化後の膜強度向上、耐久性向上のため、任意に架橋剤を含有していてもよい。架橋剤としては、紫外線、熱、湿気等で硬化するものが好適に使用できる。
架橋剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えばトリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート等の多官能アクリレート化合物;グリシジル(メタ)アクリレート、エチレングリコールジグリシジルエーテル等のエポキシ化合物;2,2−ビスヒドロキシメチルブタノール−トリス[3−(1−アジリジニル)プロピオネート]、4,4−ビス(エチレンイミノカルボニルアミノ)ジフェニルメタン等のアジリジン化合物;ヘキサメチレンジイソシアネート、ビウレット型イソシアネート等のイソシアネート化合物;オキサゾリン基を側鎖に有するポリオキサゾリン化合物;ビニルトリメトキシシラン、N−(2−アミノエチル)3−アミノプロピルトリメトキシシラン等のアルコキシシラン化合物などが挙げられる。また、架橋剤の反応性に応じて公知の触媒を用いることができ、膜強度および耐久性向上に加えて生産性を向上させることができる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
架橋剤の含有量は、重合性組成物の固形分質量に対して、3質量%〜20質量%が好ましく、5質量%〜15質量%がより好ましい。架橋剤の含有量が、3質量%以上であると、架橋密度向上の効果がより高く、20質量%以下であると、コレステリック液晶層の安定性がより高い。
重合性組成物は、1種または2種類以上の、酸化防止剤、紫外線吸収剤、増感剤、安定剤、可塑剤、連鎖移動剤、重合禁止剤、消泡剤、レべリング剤、増粘剤、難燃剤、界面活性物質、分散剤、染料、顔料等の色材、等の他の添加剤を含有していてもよい。
本発明の式(I)で示される重合性液晶化合物を重合性組成物は、位相差膜、反射フィルム等の種々の光学フィルムの材料として有用であり、この重合性組成物を用いて種々の光学フィルムを形成することができる。
[フィルムの製造方法]
光学フィルムの製造方法の一例は、
(i)基板等の表面に、重合性組成物を塗布して、液晶相(ネマチック液晶相、コレステリック液晶相等)の状態にすること、
(ii)重合性組成物の硬化反応を進行させ、液晶相を固定して硬化膜(液晶層)を形成すること、
を少なくとも含む製造方法である。
(i)および(ii)の工程を、複数回繰り返して、複数の上記硬化膜が積層されたフィルムを作製することもできる。また、複数の硬化膜同士を接着剤により貼合して、複数の硬化膜が積層されたフィルムを作製することもできる。
一例では、紫外線を照射して、硬化反応を進行させる。紫外線照射には、紫外線ランプ等の光源が利用される。この工程では、紫外線を照射することによって、組成物の硬化反応が進行し、液晶相(ネマチック液晶相またはコレステリック液晶相等)が固定されて、硬化膜(液晶層)が形成される。
紫外線の照射エネルギー量については特に制限はないが、一般的には、0.1J/cm2〜0.8J/cm2程度が好ましい。また、塗膜に紫外線を照射する時間については特に制限はないが、硬化膜の充分な強度および生産性の双方の観点から決定すればよい。
フィルムは、基板を有していてもよい。当該基板は自己支持性があり、上記硬化膜を支持するものであれば、材料および光学的特性についてなんら限定はない。ガラス板、石英板、およびポリマーフィルム等から選択することができる。用途によっては、紫外光に対する高い透明性を有するものを用いてもよい。可視光に対する透過性が高いポリマーフィルムとしては、液晶表示装置等の表示装置の部材として用いられる種々の光学フィルム用のポリマーフィルムが挙げられる。基板としては、例えばポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート(PEN)等のポリエステルフィルム;ポリカーボネート(PC)フィルム、ポリメチルメタクリレートフィルム;ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィンフィルム;ポリイミドフィルム、トリアセチルセルロース(TAC)フィルム、などが挙げられる。ポリエチレンテレフタレートフィルム、トリアセチルセルロースフィルムが好ましい。
フィルムは、基板と硬化膜との間に、配向層を有していてもよい。配向層は、液晶化合物の配向方向をより精密に規定する機能を有する。配向層は、有機化合物(好ましくはポリマー)のラビング処理、無機化合物の斜方蒸着、マイクログルーブを有する層の形成等の手段で設けることができる。さらには、電場の付与、磁場の付与、或いは光照射により配向機能が生じる配向層も知られている。配向層は、ポリマーの膜の表面に、ラビング処理により形成することが好ましい。
複数の硬化膜同士を接着剤により貼合する場合、硬化膜の間には接着層が設けられる。接着層は接着剤から形成されるものであればよい。
接着剤としては硬化方式の観点からホットメルトタイプ、熱硬化タイプ、光硬化タイプ、反応硬化タイプ、硬化の不要な感圧接着タイプがあり、それぞれ素材としてアクリレート系、ウレタン系、ウレタンアクリレート系、エポキシ系、エポキシアクリレート系、ポリオレフィン系、変性オレフィン系、ポリプロピレン系、エチレンビニルアルコール系、塩化ビニル系、クロロプレンゴム系、シアノアクリレート系、ポリアミド系、ポリイミド系、ポリスチレン系、ポリビニルブチラール系などの化合物を使用することができる。作業性、生産性の観点から、硬化方式として光硬化タイプが好ましく、光学的な透明性、耐熱性の観点から、素材はアクリレート系、ウレタンアクリレート系、エポキシアクリレート系などを使用することが好ましい。
接着層の膜厚は0.5〜10μm、好ましくは1〜5μmであればよい。投映像表示用ハーフミラーとして用いられる場合、色ムラ等を軽減するため均一な膜厚で設けられることが好ましい。
重合性組成物を用いて形成されるフィルムの例としては、重合性組成物の、液晶相の配向(例えば、水平配向、垂直配向、ハイブリッド配向等)を固定したフィルムが挙げられる。このようなフィルムは通常、光学異方性を示し、液晶表示装置等の光学補償フィルム等として利用される。
別の例としては、重合性組成物のコレステリック液晶相を固定した層を含むフィルムであって、所定の波長域の光に対して選択反射特性を示すフィルムが挙げられる。
コレステリック液晶相では、液晶分子は螺旋状に配列している。コレステリック液晶相を固定した層(以下「コレステリック液晶層」ということがある。)は選択反射波長域において、右円偏光または左円偏光のいずれか一方を選択的に反射させ、他方のセンスの円偏光を透過させる円偏光選択反射層として機能する。コレステリック液晶層を1層または2層以上含むフィルムは、様々な用途に用いることができる。コレステリック液晶層を2層以上含むフィルムにおいて、各コレステリック液晶層が反射する円偏光のセンスは用途に応じて同じでも逆であってもよい。また、各コレステリック液晶層の後述の選択反射の中心波長も用途に応じて同じでも異なっていてもよい。
また、光学フィルムは、光学素子の構成要素である、偏光素子、反射膜、反射防止膜、視野角補償膜、ホログラフィー、配向膜等、種々の用途に利用することができる。
以下特に好ましい用途である投映像表示用部材としての用途について説明する。
コレステリック液晶層の上記の機能により、投射光のうち選択反射を示す波長において、いずれか一方のセンスの円偏光を反射させて、投映像を形成することができる。投映像は投映像表示用部材表面で表示され、そのように視認されるものであってもよく、観察者から見て投映像表示用部材の先に浮かび上がって見える虚像であってもよい。
基材の例としては、無機ガラスや高分子樹脂(アクリル樹脂(ポリメチル(メタ)アクリレートなどのアクリル酸エステル類など)、ポリカーボネート、シクロペンタジエン系ポリオレフィンやノルボルネン系ポリオレフィンなどの環状ポリオレフィン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン類、ポリスチレンなどの芳香族ビニルポリマー類、ポリアリレート、セルロースアシレート等)が挙げられる。このうち、低複屈折性である点で、無機ガラス、アクリル樹脂、環状ポリオレフィン、ポリオレフィン類、セルロースアシレートが好ましく、無機ガラス、アクリル樹脂がより好ましい。
構成例としては、下側から順に、高屈折率層/低屈折率層の2層のものや、屈折率の異なる3層を、中屈折率層(下層よりも屈折率が高く、高屈折率層よりも屈折率の低い層)/高屈折率層/低屈折率層の順に積層されているもの等があり、更に多くの反射防止層を積層するものも提案されている。中でも、耐久性、光学特性、コストや生産性等から、ハードコート層上に、中屈折率層/高屈折率層/低屈折率層の順に有することが好ましく、例えば、特開平8−122504号公報、特開平8−110401号公報、特開平10−300902号公報、特開2002−243906号公報、特開2000−111706号公報等に記載の構成が挙げられる。また、膜厚変動に対するロバスト性に優れる3層構成の反射防止フィルムは特開2008−262187号公報に記載されている。上記3層構成の反射防止フィルムは、画像表示装置の表面に設置した場合、反射率の平均値を0.5%以下とすることができ、映り込みを著しく低減することができ、立体感に優れる画像を得ることができる。また、各層に他の機能を付与させてもよく、例えば、防汚性の低屈折率層、帯電防止性の高屈折率層、帯電防止性のハードコート層、防眩性のハードコート層としたもの(例えば、特開平10−206603号公報、特開2002−243906号公報、特開2007−264113号公報等)等が挙げられる。
無機材料で形成される多層膜としては、基板側からZrO2層とSiO2層の合計光学的膜厚がλ/4、ZrO2層の光学的膜厚がλ/4、最表層のSiO2層の光学的膜厚がλ/4の、高屈折率層と低屈折率層とを交互に成膜する積層構造が例示される。ここで、λは設計波長であり、通常520nmが用いられる。最表層は、屈折率が低く、かつ反射防止層に機械的強度を付与できることからSiO2とすることが好ましい。
無機材料で反射防止層を形成する場合、成膜方法は例えば真空蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリング法、CVD法、飽和溶液中での化学反応により析出させる方法等を採用することができる。
低屈折率層は、屈折率が1.30〜1.51であることが好ましい。1.30〜1.46であることが好ましく、1.32〜1.38が更に好ましい。
高屈折率層の屈折率は、1.65〜2.20であることが好ましく、1.70〜1.80であることがより好ましい。中屈折率層の屈折率は、低屈折率層の屈折率と高屈折率層の屈折率との間の値となるように調整される。中屈折率層の屈折率は、1.55〜1.65であることが好ましく、1.58〜1.63であることが更に好ましい。
反射防止層の膜厚は、特に限定されるものではないが、0.1〜10μm、1〜5μm、2〜4μm程度であればよい。
なお、実施例中、HPLCは高速液体クロマトグラフィー、NMRは核磁気共鳴を意味する。
1H−NMR(溶媒:CDCl3)δ(ppm):3.6−3.8(m,8H),4.0(s,6H),7.0(d,2H),7.2(dd,2H),7.6(d,2H),10.6(s,2H)
1H−NMR(溶媒:CDCl3)δ(ppm):
1.4−1.6(m,4H),1.6−1.8(m,4H),2.0−2.2(m,4H),2.2−2.4(m,2H),4.1(t,2H),4.2(t,2H),5.8(dd,1H),6.1(dd,1H),6.4(dd,1H)
1H−NMR(溶媒:CDCl3)δ(ppm):1.4−1.7(m,8H),1.7−1.8(m,8H),2.1−2.2(m,4H),2.2−2.4(m,6H),2.6(m,2H),3.6−3.8(m,8H),3.8(s,6H),4.1−4.3(m,8H),5.8(d,2H),6.1(dd,2H),6.4(d,2H),7.1(d,2H),7.3(dd,2H),7.8(d,2H)
メタンスルホニルクロリド(0.57g)、テトラヒドロフラン(1mL)、酢酸エチル(4mL)溶液に、BHT(0.01g)を加え、内温を−5℃まで冷却した。別途調製した4−(4−アクリロイルオキシブチルオキシ)安息香酸(1.28g)とトリエチルアミン(0.53g)のテトラヒドロフラン(3mL)溶液を、内部温度が0℃以上に上昇しないように滴下した。−5℃で1時間攪拌した後、N−メチルイミダゾールを少量加え、化合物II−1(1g)を加え、テトラヒドロフランを3.5mL追加したのち、トリエチルアミン(0.53g)を滴下し、その後、室温で2時間攪拌した。水(4mL)を加えて反応を停止し、酢酸エチルを加えて水層を除去し、希塩酸、食塩水の順に洗浄した。乾燥剤を加えてろ別したのち、メタノール(10mL)を加えて生じた結晶をろ過することで、化合物2を1.6g得た。
1H−NMR(溶媒:CDCl3)δ(ppm):1.9−2.0(m,8H),3.7−3.8(m,8H),3.7(s,6H),4.1(m,4H),4.3(m,4H),5.8(d,2H),6.1(dd,2H),6.4(d,2H),7.0(d,4H),7.2(d,2H),7.4(dd,2H),7.8(d,2H),8.2(d,4H)
各化合物を以下の基準で評価した。
[液晶性]
各化合物を、加熱・冷却しながら偏光顕微鏡で観察することで相転移温度を計測した。
[複屈折性の測定]
各化合物および従来公知の化合物の複屈折性(Δn)を、液晶便覧(液晶便覧編集委員会)のp.202に記載の方法に従って測定した。具体的には、試料をくさび型セルに注入し、これに波長550nmのレーザー光を照射し、透過光の屈折角を測定することにより、各化合物あるいは組成物のNI点−60℃(NI点はネマチック−等方相転移点)におけるΔnを求めた。化合物1、3、7に関してはそれぞれM−1との組成物(33wt%)としてのΔnを測定した。
各化合物26mgをアセトニトリル:水=1:1(体積比)の溶媒1mlに溶解し、90℃24時間前後のHPLCデータの面積%の差を分解率として算出した。
[着色]
各化合物を粉体として温度85℃湿度85%の条件下で24時間放置し、着色の有無を目視で評価した。
着色なし:A
着色あり:B
上記実施例で合成した例示化合物を用いて、下記の組成の液晶組成物塗布液(1)を調製した。
化合物1 55質量部
化合物2 30質量部
化合物 (M−1) 15質量部
空気界面配向剤(1) 0.05質量部
キラル剤 LC−756(BASF社製) 4.4質量部
重合開始剤IRGACURE OXE−01(BASF社製)
0.75質量部
溶媒 クロロホルム 300質量部
この膜を島津社製の分光光度計UV−3100PCで透過スペクトルを測定したところ586nmに中心を持つ選択反射ピークがあり、その半値幅が52nmであった。選択反射波長域の半値幅と選択反射の中心波長の比(Δλ/λ)は0.0887であった
化合物(M−1) 100質量部
キラル剤 LC−756(BASF社製) 5.4質量部
空気界面配向剤(1) 0.1質量部
重合開始剤IRGACURE819(BASF社製) 3質量部
溶媒 クロロホルム 300質量部
上記の液晶組成物塗布液(1)の代わりに液晶組成物塗布液(2)を用いる以外は、選択反射膜(1)の作製と同様の手順で選択反射膜(2)を作製した。このとき、塗布液(2)を塗布した後に重合するまでの間に、塗布面の一部に結晶の析出が見られ、不均一な面状となった。
選択反射膜(2)の均一な部分の透過スペクトルを測定したところ569nmに中心を持つ選択反射ピークがあり、その半値幅が71nmであった。選択反射波長域の半値幅と選択反射の中心波長の比(Δλ/λ)は0.125であった。
Claims (13)
- 式(I)で表される重合性液晶化合物:
式(I)中、
Aは、置換基を有していてもよい含窒素飽和環基、置換基を有していてもよいフェニレン基または置換基を有していてもよいトランス−1,4−シクロヘキシレン基を示し、
前記含窒素飽和環基はピペリジンまたはピペラジンから2つの水素原子を除いて構成される2価の基であって、
Lは単結合、−CH2O−、−OCH2−、−(CH2)2OC(=O)−、−C(=O)O(CH2)2−、−C(=O)O−、−OC(=O)−、−OC(=O)O−、−CH=CH−C(=O)O−、および−OC(=O)−CH=CH−からなる群から選択される連結基を示し、
mは3〜12の整数を示し、
Sp1およびSp2はそれぞれ独立に、単結合、炭素数1から20の直鎖もしくは分岐のアルキレン基、および炭素数1から20の直鎖もしくは分岐のアルキレン基において1つまたは2つ以上の−CH2−が−O−、−S−、−NH−、−N(CH3)−、−C(=O)−、−OC(=O)−、または−C(=O)O−で置換された基からなる群から選択される連結基を示し、
Q1およびQ2はそれぞれ独立に、水素原子または以下の式Q−1〜式Q−5で表される基からなる群から選択される重合性基を示し、ただしQ1およびQ2のいずれか一方は重合性基を示し;
式(I)は式(V)で表される部分構造を含み;
式中、XはNまたはCHを示し、R1は置換基を示し、R10は置換基を示し、r1およびr10はそれぞれ独立に、0〜4の整数を示し、
r1が2〜4のときの複数のR1は同一であっても異なっていてもよく、r10が2〜4のときの複数のR10は同一であっても異なっていてもよく、*は式(I)の他の部分との結合部位を示し、
式(I)は−C(=O)−X3−Sp3−Q3で表される基で置換されているフェニレン基または−C(=O)−X3−Sp3−Q3で表される基で置換されているトランス−1,4−シクロヘキシレン基をAとして少なくとも1つ含み、ここで、X3は単結合、−O−、−S−、もしくは−N(Sp4−Q4)−を示すか、または、Q3およびSp3と共に環構造を形成している窒素原子を示し、Sp3、Sp4はそれぞれ独立に、単結合、炭素数1から20の直鎖もしくは分岐のアルキレン基、および炭素数1から20の直鎖もしくは分岐のアルキレン基において1つまたは2つ以上の−CH2−が−O−、−S−、−NH−、−N(CH3)−、−C(=O)−、−OC(=O)−、または−C(=O)O−で置換された基からなる群から選択される連結基を示し、Q3およびQ4はそれぞれ独立に、水素原子、シクロアルキル基、シクロアルキル基において1つもしくは2つ以上の−CH2−が−O−、−S−、−NH−、N(CH3)−、−C(=O)−、−OC(=O)−、もしくは−C(=O)O−で置換された基、または式Q−1〜式Q−5で表される基からなる群から選択されるいずれかの重合性基を示す。 - R1が−C(=O)−X3−Sp3−Q3で表される基である請求項1に記載の重合性液晶化合物。
- X3が−O−であり、Sp3が炭素数1から20の直鎖もしくは分岐のアルキレン基であり、Q3が水素原子である請求項1または3に記載の重合性液晶化合物。
- 式(I)が式(V−1)で表される部分構造を含む請求項1、3、4のいずれか一項に記載の重合性液晶化合物;
式中、XはNまたはCHを示し、R1、R2はそれぞれ独立に置換基を示し、R10は置換基を示し、r1、r2およびr10はそれぞれ独立に、0〜4の整数を示し、r1が2〜4のときの複数のR1は同一であっても異なっていてもよく、r2が2〜4のときの複数のR2は同一であっても異なっていてもよく、r10が2〜4のときの複数のR10は同一であっても異なっていてもよく、*は式(I)の他の部分との結合部位を示す。 - R10が炭素数1〜5のアルキル基である請求項1、3〜5のいずれか一項に記載の重合性液晶化合物。
- 式(I)において、前記フェニレン基および前記トランス−1,4−シクロヘキシレン基が有していてもよい置換基が、アルキル基、アルコキシ基、および−C(=O)−X3−Sp3−Q3で表される基からなる群から選択され、ここで、X3が単結合、−O−、−S−、もしくは−N(Sp4−Q4)−を示すか、または、Q3およびSp3と共に環構造を形成している窒素原子を示し、Sp3およびSp4はそれぞれ独立に、単結合、炭素数1から20の直鎖もしくは分岐のアルキレン基、および炭素数1から20の直鎖もしくは分岐のアルキレン基において1つまたは2つ以上の−CH2−が−O−、−S−、−NH−、−N(CH3)−、−C(=O)−、−OC(=O)−、または−C(=O)O−で置換された基からなる群から選択される連結基を示し、Q3およびQ4はそれぞれ独立に、水素原子、シクロアルキル基、シクロアルキル基において1つもしくは2つ以上の−CH2−が−O−、−S−、−NH−、−N(CH3)−、−C(=O)−、−OC(=O)−、もしくは−C(=O)O−で置換された基、および式Q−1〜式Q−5で表される基からなる群から選択されるいずれかの重合性基を示す請求項1、3〜6のいずれか一項に記載の重合性液晶化合物。
- 全てのLが、それぞれ−C(=O)O−および−OC(=O)−からなる群から選択される連結基を示す請求項1、3〜7のいずれか一項に記載の重合性液晶化合物。
- 請求項1、3〜8のいずれか一項に記載の重合性液晶化合物を含む重合性組成物。
- 前記重合性液晶化合物が、重合性液晶化合物の総質量に対して、10質量%以上含まれている請求項9に記載の重合性組成物。
- 架橋剤を含有する請求項9または10に記載の重合性組成物。
- 重合開始剤を含有する請求項9〜11のいずれか一項に記載の重合性組成物。
- キラル化合物を含有する請求項9〜12のいずれか一項に記載の重合性組成物。
- 請求項9〜13のいずれか一項に記載の重合性組成物を硬化した層を含むフィルム。
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